热爱艺术的细菌:拯救者还是杀手?

作者: 中科院物理所

来源: 科学艺术研究中心

发布日期: 2022-03-21 12:38:42

本文探讨了细菌在艺术作品保护中的双重角色,既可能成为破坏者,也可能成为保护者。通过研究布拉德肖岩石壁画和油画《圣母加冕礼》,揭示了特定细菌在维护艺术作品完整性和鲜艳度方面的作用,并提出了利用有益细菌进行艺术品修复的新方法。

在人们的印象中,细菌是破坏艺术作品的“头号杀手”,艺术品表面微生物的繁殖对艺术品的腐蚀是毁灭性的。在美术馆和画廊中,工作人员都尽可能地将艺术作品置于近乎无菌的环境中。因为对那些极珍贵的画作来说,甚至空气的流动都会给他们带来严重的磨损。馆藏的艺术作品可以在流通、收藏和展出中得到精心的保护,但在室外的艺术作品就没那么幸运了。丰富的细菌群,对古代岩石上和洞穴中的壁画都会构成严重的威胁。

这些洞穴里的气温和湿度无法像博物馆里那样被严格控制。在密闭洞穴里存活了几千年的壁画、岩画正在被一些细菌物种摧毁。

但与其他面临细菌生长导致岩画褪色问题的古代岩石艺术相比,有一处岩石艺术却看起来“百毒不侵”。布拉德肖岩石壁画是澳大利亚的一种独特的岩画艺术形式,岩石上主要描绘了跳舞、奔跑、狩猎的人体,画面中的人物都具有精确的解剖比例,通常身高在40到50厘米之间,很少区分性别,但会强化四肢和肩部肌肉。

颜色多为深紫色、桑树色或红棕色。岩画图像有着精妙的细节和线条控制,甚至可以细到1-2毫米。考古学家很难确定布拉德肖岩画的具体年代,但可以了解到的是,起码距今已超过12,000年。人们震惊于岩画中线条、笔触这些细节都能被很好保存下来的同时,也发出了疑问:为什么与更晚被创作,面临细菌生长而引起褪色、腐蚀等问题的其他古代岩石艺术作品相比,布拉德肖的艺术作品会被保存的如此完好,甚至是格外鲜艳亮丽?

澳大利亚昆士兰大教授Jack Pettigrew和他的同事们在西澳大利亚金伯利地区的16个地点研究了近80件布拉德肖岩石艺术品,经过对岩画上微生物的提取和测试表明,布拉德肖岩石壁画的表面颜料中有生命存活的迹象——岩画上原有的颜料已经不复存在,这些五颜六色的、活的“颜料”是攀附在岩画表面的细菌。岩画上原有的颜料已被不同种类、不同颜色的细菌所完全覆盖。

在这些细菌中,最常见的“居民”之一是一种黑色的、被称为毛壳菌目的真菌,后代通过蚕食前辈而生长。这意味着,如果最初的油漆层里面含有毛壳菌目的孢子,那么目前布拉德肖岩画表面上的黑色细菌就是它们数万年后的直系后代。生生不息的细菌家族在岩画表面生活了数百万年,黑色细菌负责提供水分,红色细菌负责提供碳水化合物。

原始绘画颜料中营养物质的存在,使得其表面上的这两种细菌能够互利共生,间接地使这幅岩画的外观保持得出奇的好,看起来颜色更加鲜艳。

Pettigrew教授在接受BBC的采访中说:“‘活颜料’只是一种隐喻,指的是原始油漆中的颜料已被有色微生物所取代。活跃的细菌可以在数千年的时间里自我补充、繁殖,以保持这些画作外观的鲜艳。

”研究人员预测,一些岩石艺术也许会在数百年后逐渐消失,但布拉德肖岩石壁画艺术至少在40,000年后仍然丰富多彩,生命力无限。而在后续其他艺术品的修复和研究发现,布拉德肖岩石壁画上的“活”颜料并不是一个特例。热爱艺术的细菌不仅“奉献自我”,依附在画作上为其“增光添彩”,还很“热心”地阻止对艺术作品有腐蚀作用的细菌的生长。

随着科技发展,艺术保藏员和研究人员慢慢揭开了细菌对岩画影响的面纱。

但是,人们对帆布画上的微生物降解现象却仍然了解甚少,以至于很难攻克修复帆布油画的难关。直到研究人员在一幅油画上有了新的发现。在意大利费拉拉,瓦多圣玛丽亚大教堂的天花板上,有一块直径近三米的圆形画布。这幅画名为《圣母加冕礼》,描绘了圣母玛利亚被基督和圣灵加冕为天后的故事。

自1600年到2012年,《圣母加冕礼》一直悬挂在教堂的天花板上,费拉拉发生了地震后,教堂的保护人员才不得不把它从天花板上拆除,靠在教堂的内墙上。在这幅被当做天花板存放了几个世纪、又在地板上靠立了一段时间的画,只是出现了一些裂缝、轻微的割痕和变形,正面布满细菌的油漆层却并没有受到过多的损害。

博洛尼亚和费拉拉市的文物保藏员Fabio Bevilacqua和费拉拉大学的微生物学家兼医学遗传学家Elisabetta Caselli对画作表面进行了微生物提取。研究小组用人造丝棉签擦拭了油画的前后部分,并从画的背面取了一小块的纸和棉纤维,然后把样本放在琼脂平板上培养提取出来的微生物。

通过利用光学显微镜和电子扫描显微镜,研究小组鉴定出了几种细菌:葡萄球菌、芽孢杆菌、曲霉菌、青霉菌、枝孢菌和链格孢属。研究人员还发现,葡萄球菌主要附着在画作的正面;杆菌栖息在画作的背面;至于真菌类,曲霉菌通常聚集在较深的红色和棕色上;枝孢菌聚集在较浅的黄色和粉红色上;而链格孢属则生活在靠近教堂地板附近的画中部分。

这个现象引起了费拉拉大学化学和微生物污染的研究人员Sante Mazzacane的好奇,他意识到《圣母加冕礼》上的细菌并不会腐蚀画作,反而形成了一个“保护膜”,保卫“圣母的加冕仪式”。近百岁的艺术作品在被修复时都会被进行清理和消毒,以防画作上残留的细菌加速颜料的脱落。但鉴于《圣母加冕礼》的特殊性,研究人员担心对画作直接消毒会打破表面的细菌平衡,导致更具破坏性的新细菌入侵。

所以并没有像处理其他艺术品一样,用化学用剂消灭《圣母加冕礼》表面存在的细菌。

Caselli和Mazzacane通过对《圣母加冕礼》的研究,决定培育某些特定细菌用作有益细菌来“以菌抗菌”,并希望把成功的经验推广应用到未来的艺术品修复中。这种方法并不是没有依据的,早在2014年发表的一项研究中发现,有益细菌可以通过竞争性对抗的方式阻止有害细菌的滋生。

在这种对抗中,有益细菌会消耗有害细菌生存所需的营养物质。在医院里使用类似试验性的益生菌疗法,可以使医院病人的感染减少52%,抗生素治疗费用减少75%。所以Mazzacane和他的同事们认为,也许这项技术可以应用到艺术品上。除去有害的微生物,同时防止其它细菌入侵。

也就是说,细菌是通过以下两种方式保护艺术品的表面:一,是那些对艺术品无破坏作用的的细菌通过繁殖,占用所有可用的物理空间,或是释放阻止其它细菌生长的化学物质,使后者失去活性,来帮助艺术品抵御有害细菌的定植;二,在画中添加能够消耗硫酸盐和硝酸盐的细菌,可以减少某些具备破坏性的细菌,从而保护艺术作品。因为,前者会消耗了后者所需的硫酸盐和硝酸盐。

对这次研究,盖蒂保护研究所科学部门的负责人Tom Learner说:“寻找新的特异方式来保护艺术是非常有价值的,我完全支持探索任何像这样的新方法。”在艺术世界里,用任何未经验证的方法来修复大师的作品都具有危险,所以全面检查新方法的安全性是很重要的。

十六到十七世纪,米开朗基罗曾在意大利弗洛伦萨美第奇小圣堂(Cappelle medicee)中的新圣器收藏室(Sagrestia Nuova)内,为美第奇家族成员陵墓设计了四个雕塑,并分别用一天的四个时段命名:《晨》、《暮》、《日》、《夜》。如今过去了数百年,这些雕塑的表面早已出现污渍与变色,华丽的白墙也已暗淡。

虽然在近十年的修复中,修复人员已经去除了大部分的破损,但面对那些顽固污渍,他们也是毫无办法。2019年11月,美第奇教堂博物馆邀请了意大利国家研究委员会对这些雕像进行检测。他们通过红外光谱发现,这些雕塑上难以去除的有机残留物是由硅酸盐和方解石组成,方解石是一种碳酸盐矿物,也是碳酸钙(CaCO3)最稳定的多态性。

但在分解这些残留物的同时,又要小心不破坏到雕像本身,这对博物馆的工作人员来说,是一个难题。2020年秋天,由于疫情的影响,美第奇小圣堂的开放时间大幅减少。美第奇小圣堂博物馆的前馆长Monica Bietti决定要趁此机会,给这些顽固的污渍“上一课”。于是,她组织了一个包含科学家、历史学家、修复专家的小团队,试图寻找一种最适合的菌株来“吃掉”污渍。

意大利国家新技术局的生物学家Anna Rosa Sprocati(安娜·罗莎·斯普罗卡蒂)从近1000种通常用于分解石油或重金属的菌株中,选择了几种最合适且无害的细菌在大理石上测试,在确保安全性的前提下,最终选定了Pseudomonas stutzeri CONC11(施氏假单胞菌CONC11)。这是一种淡黄色、边缘不规则的细菌,从那不勒斯附近的一家制革厂的废料中分离出来的。

这种细菌会“吃掉”雕像表面的污渍,但并不会给雕像本身带来伤害。对于不同的污渍,团队人员还使用了不同种类的细菌。他们用红球菌清除了雕塑人像耳朵上的铸模残留物、胶水,以及油污;利用源自油菜黄单胞菌的黄原胶来清洁雕像《夜》的面部。

据2021年《纽约时报》的报道,通过微生物“兢兢业业”的工作,米开朗琪罗的雕塑作品焕然一新。这并不是细菌第一次真正地加入艺术品清洁服务行业。

意大利以将微生物用于保护文物工作而闻名,一种会吞噬硫磺的细菌被用来去除米兰大教堂的“黑色结痂”,其效果要比类似的化学处理好得多;在比萨,也有一种以污染物为食的细菌帮助清理了大教堂圆顶和斜塔附近受损的壁画。一次次“艺术品保卫战”为细菌扭转了风评,艺术家和科学家们都期待着细菌未来在艺术界继续“大展拳脚”。

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